2020年高考物理复习 第8章 试题解析40磁场对电流的作用

2020年高考物理复习 第8章 试题解析40磁场对电流的作用

学案40 磁场对电流的作用 一、概念规律题组 ‎1．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，下列说法中正确的是(　　)‎ A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同 B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直 C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直 D．安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直 ‎2．下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是(　　)‎ ‎3．关于通电导线所受安培力F的方向，磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是(　　)‎ A．F、B、I三者必须保持相互垂直 B．F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直 C．B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直 D．I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直 ‎4．一根长为0.2 m、电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是(　　)‎ A．0.4 N B．0.2 N C．0.1 N D．0 N 二、思想方法题组 ‎5.‎ 图1‎ 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2‎ 14‎ 互相绝缘，垂直放置，且两个线圈的圆心重合．当两线圈都通过如图1所示方向的电流时，则从左向右看，线圈L1将(　　)‎ A．不动 B．顺时针转动 C．逆时针转动 D．向纸外平动 ‎6.‎ 图2‎ 质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成θ角斜向下，如图2所示，求MN所受的支持力和摩擦力的大小．‎ 一、安培力大小的计算及其方向的判断 ‎1．安培力大小 ‎(1)当I⊥B时，F＝BIL ‎(2)当I∥B时，F＝0‎ 注意：(1)当导线弯曲时，L是导线两端的有效直线长度(如图3所示)‎ 图3‎ ‎(2)对于任意形状的闭合线圈，其有效长度均为零，所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零．‎ 14‎ ‎2．安培力方向：用左手定则判断，注意安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B与I决定的平面．‎ ‎【例1】 ‎ 图4‎ 如图4所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力(　　)‎ A．方向沿纸面向上，大小为(＋1)ILB B．方向沿纸面向上，大小为(－1)ILB C．方向沿纸面向下，大小为(＋1)ILB D．方向沿纸面向下，大小为(－1)ILB ‎[规范思维]‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎【例2】‎ 图5‎ ‎ 电磁轨道炮工作原理如图5所示．待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I成正比．通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是(　　)‎ A．只将轨道长度L变为原来的2倍 B．只将电流I增加至原来的2倍 C．只将弹体质量减至原来的一半 D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变 ‎[规范思维]‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ 二、安培力作用下导体运动方向的判定 14‎ 电流 元法 把整段弯曲导线分为多段直线电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动的方向．‎ 特殊 位置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向 等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立 结论法 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 转换 研究 对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向 ‎【例3】‎ 图6‎ ‎ 如图6所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动？‎ ‎[规范思维]‎ 三、安培力作用下通电导体的平衡问题 ‎1．解决有关通电导体在磁场中的平衡问题，关键是受力分析，只不过比纯力学中的平衡问题要多考虑一个安培力．‎ ‎2．画好辅助图(如斜面)，标明辅助方向(如B的方向、I的方向等)是画好受力分析图的关键．‎ 14‎ ‎3．由于安培力、电流I、磁感应强度B的方向之间涉及到三维空间，所以在受力分析时要善于把立体图转化成平面图．‎ ‎【例4】 ‎ 图7‎ 如图7所示，两平行金属导轨间的距离L＝0.40 m，金属导轨所在平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在的平面内，分布着磁感应强度B＝0.50 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E＝4.5 V、内阻r＝0.50 Ω的直流电源．现把一个质量m＝0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止．导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0＝2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，求：‎ ‎(1)通过导体棒的电流；‎ ‎(2)导体棒受到的安培力大小；‎ ‎(3)导体棒受到的摩擦力。‎ ‎[规范思维]‎ ‎　‎ ‎【基础演练】‎ ‎1．一根容易形变的弹性导线，两端固定．导线中通有电流，方向如图中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是(　　)‎ ‎2.‎ 14‎ 图8‎ 如图8所示，abcd四边形闭合线框，a、b、c三点坐标分别为(0，L,0)，(L，L,0)，(L,0,0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，通入电流I，方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小，下列叙述中正确的是(　　)‎ A．ab边与bc边受到的安培力大小相等 B．cd边受到的安培力最大 C．cd边与ad边受到的安培力大小相等 D．ad边不受安培力作用 ‎3．在如图9所示电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导线MM′与NN′之间的安培力的大小为Fa、Fb，可判断这两段导线(　　)‎ 图9‎ A．相互吸引，Fa>Fb B．相互排斥，Fa>Fb C．相互吸引，Famg时，棒沿导轨向下减速；在棒停止运动前，所受摩擦力为滑动摩擦力，大小为：Ff＝μBLkt；当棒停止运动时，摩擦力立即变为静摩擦力，大小为：Ff＝mg，故选项C正确．]‎ ‎6．A　[对金属杆受力分析，沿导轨方向：－mgsin θ＝0，若想让金属杆向上运动，则 14‎ 增大，A项正确，B项错误；若增大θ，则mgsin θ增大，C项错误；若电流反向，则金属杆受到的安培力反向，D项错误．]‎ ‎7．B　[由安培定则可知A正确．由mgsin 45°＝BILcos 45°知B＝＝，B错误．若要使B最小，B应在垂直斜面向上的方向上，所以C、D正确．]‎ ‎8．D　[由安培定则和左手定则判断知，D项正确．]‎ ‎9．5 s 解析　‎ 斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示．由平衡条件 FTcos 37°＝F①‎ FTsin 37°＝mg②‎ 由①②解得：F＝，代入数值得：‎ F＝0.8 N 由F＝BIL得：B＝＝ T＝2 T B与t的变化关系为B＝0.4t.所以t＝5 s.‎ ‎10．(1)mg－　　(2)Bmin＝　方向水平向右 解析　‎ 从b向a看侧视图如图所示．‎ ‎(1)水平方向：F＝F安sin θ①‎ 竖直方向：FN＋F安cos θ＝mg②‎ 又F安＝BIL＝BL③‎ 联立①②③得：FN＝mg－，F＝.‎ ‎(2)使ab棒受支持力为零，且让磁场最小，可知安培力竖直向上．则有F安＝mg Bmin＝，根据左手定则判定磁场方向水平向右．‎ ‎11．2 Ω≤R≤5 Ω 解析　导体棒受到的最大静摩擦力为 Ff＝μFN＝μmg＝0.5×0.2×10 N＝1 N 绳对导体棒的拉力F拉＝Mg＝0.3×10 N＝3 N 14‎ 导体棒将要向左滑动时 BImaxL＝Ff＋F拉，Imax＝2 A 由闭合电路欧姆定律Imax＝＝ 得Rmin＝2 Ω 导体棒将要向右滑动时Ff＋BIminL＝F拉，‎ Imin＝1 A 由闭合电路欧姆定律Imin＝＝ 得Rmax＝5 Ω 滑动变阻器连入电路的阻值为2 Ω≤R≤5 Ω 易错点评 ‎1．关于安培力的方向的判断，学生往往记不清用左手还是用右手，再者就是把四指的方向与大拇指的方向的意义搞错．记住“力左电右”，即凡是判断力的方向的都用左手，如安培力、洛伦兹力．凡是判断“磁生电”或“电生磁”的都用右手，如电流的磁场方向判断、导体切割磁感线产生的感应电动势方向的判断都用右手．‎ ‎2．在第2、7、9、10题中，都要用到左手定则判断安培力方向．在具体实施时，要注意判断电流的方向如何，所处的磁场方向如何，此为关键，同时应画出平面的受力分析图．‎ ‎3．由于磁场方向、安培力方向、电流方向涉及三维空间，所以在分析有关安培力的问题时，注意加强空间想象能力，要善于把立体图画成平面图或截面图，以便受力分析。‎ ‎ ‎ 14‎